DE102012025037C5

DE102012025037C5 - Verfahren zur kapazitiven Sitzbelegungserkennung für Fahrzeugsitze

Info

Publication number: DE102012025037C5
Application number: DE102012025037.1A
Authority: DE
Inventors: Axel Farr; Jochen Michelmann
Original assignee: IG Bauerhin GmbH
Current assignee: IG Bauerhin GmbH
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: DE102012025037B3; US20150168469A1; US9494629B2

Abstract

Verfahren zur kapazitiven Sitzbelegungserkennung, das auf CREF, wobei CREF die bekannte Kapazität eines Referenzkondensators (4) mit Kapazität CREF gegenüber einem ersten Bezugspotential (2) eines Fahrzeuges ist, auf CX, wobei CX die Kapazität einer in einem Sitz integrierten Sensorelektrode (1) gegenüber dem ersten Bezugspotential ist, auf CY, wobei CY die zumindest parasitär vorhandene Kapazität der Sensorelektrode (1) gegenüber einem zweiten Bezugspotential (3) oder einer Fahrzeugmasse (3) ist, sowie auf einen ersten Schalter (S1), der den Referenzkondensator und eine mit dem ersten Bezugspotential (2) verbundene Referenzspannungsquelle (5) bekannter Spannung UREF verbindet, auf einen zweiten Schalter (S2), der die Sensorelektrode mit dem Referenzkondensator verbindet, und auf einen dritten Schalter (S3), der die Sensorelektrode mit dem Bezugspotential (2) verbindet, zurückgreift, wobei zur Erfassung eines Sitzbelegungszustandes des Sitzes folgende Schritte mindestens einmal durchgeführt werden: a1 Aufladen des Referenzkondensators (4) auf die Spannung URef der Referenzspannungsquelle (5) durch Öffnen des zweiten Schalters (S2) und Schließen des ersten Schalters (S1) und Entladen der Kapazitäten CX und CY durch Schließen des dritten Schalters (S3), b1 Öffnen des ersten Schalters (S1) und des dritten Schalters (S3) zur Herstellung eines Schwebezustands, bei dem die Kapazität CREF und die Kapazitäten CX und CY ihre Ladung beibehalten, c1 Schließen des zweiten Schalters (S2), so dass sich die Ladung der Kapazität CREF auf die Kapazitäten CREF, CX und CY verteilt und sich eine erste resultierende Spannung URES, wobeigilt, einstellt, die gespeichert wird, d1 Vergleichen der resultierenden Spannung URES mit hinterlegten Grenzwerten, die bestimmten Belegungs- und/oder Sitzzuständen zugeordnet sind, und e1 Ableiten eines Belegungs- und/oder Sitzzustands aus dem Vergleich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kapazitiven Sitzbelegungserkennung für Fahrzeugsitze.
Solche Verfahren sowie Anordnungen in Verbindung mit den dazugehörigen Fahrzeugteilen dienen dazu, die Belegung eines Fahrzeugsitzes durch eine Person zu erkennen und darüber hinaus eine Klassifikation vorzunehmen, welche Art einer Sitzbelegung vorliegt. Zu unterscheiden hierbei ist, ob sich ein Objekt auf dem Sitz befindet, beispielsweise ein Einkaufskorb, eine Tasche, und dergleichen, ob sich ein Kindersitz, leer oder mit einem Kind darauf, auf dem Sitz befindet, oder ob eine erwachsene Person auf dem Sitz Platz genommen hat.
Es ist außerdem von Vorteil, wenn das Verfahren, das eingesetzt wird, neben einer Personenklassifizierung Informationen über die Sitzposition des Passagiers liefern kann. Solche Informationen geben darüber Auskunft, ob der Passagier auf der Sitzfläche seinen Platz eingenommen hat und ein Kontakt seines Oberkörpers mit der Rückenlehne vorliegt oder ob sich der Passagier weit nach vorne gebeugt hat und ein Kontakt zur Rückenlehne nicht besteht oder nicht mehr besteht.
Bekannte Systeme zur Sitzbelegungserkennung umfassen in der Regel ein Sensorsystem, das Messdaten an einer Stelle oder an mehreren Stellen des Sitzes erfasst, sowie eine Auswerteelektronik, die aus diesen Messdaten eine Klassifikation der Sitzbelegung berechnet oder ableitet.
Für die Sensoren des Erfassungssystems können unterschiedliche Arten von Sensoren, wie beispielsweise resistive, kapazitive oder induktive Sensoren, eingesetzt werden, die in Abhängigkeit der Sitzbelegung ein elektrisches Messsignal verändern. Die Änderungen werden von einer Auswertelektronik bewertet und den verschiedenen Sitzbelegungszuständen zugeordnet. Größere Verbreitung besitzen im Wesentlichen nur resistive und dielektrische Systeme.
Während resistive Systeme in der Regel bevorzugt werden, wenn es auf geringen Aufwand und geringe Kosten ankommt, werden dielektrische Systeme bevorzugt, wenn das sichere Erkennen von Personen und eine Unterscheidung zwischen Personen und Gegenständen ähnlichen Gewichts und/oder ähnlichem Flächendruck auf die Sitzfläche notwendig sind.
Solche dielektrischen Systeme bestehen in der Regel aus einer definierten Anordnung von einer oder mehreren Elektroden sowie einer Einrichtung, um eine definierte Wechselspannung oder gepulste Spannung an diese Anordnung anlegen zu können und dabei zugleich in der Lage zu sein, den Strom, den die Anordnung dabei aufnimmt, zu erfassen, zu bewerten und aus der Bewertung eine Entscheidung über die Sitzbelegung durchführen zu können.
Diese Anordnungen erfordern zum einen sehr spezialisierte Schaltungstechniken, um sowohl die Spannung exakt definieren zu können als auch um den Strom möglichst präzise messen zu können, damit die relativ kleinen dielektrischen Änderungen, die ein Passagier in der Sensoranordnung hervorruft, entsprechend detektieren zu können. Zum anderen stellt sich bei solchen dielektrischen Systemen auch die Anforderung, dass die Sensorik auf Wasser im Sitz oder in der Sensoranordnung in ähnlicher Weise reagiert wie auf die Anwesenheit einer Person, was den Aufwand für die Detektion und Bewertung signifikant erhöht, wenn man sicher eine Unterscheidung zwischen einer Person und einer durch Wasser bedingten Signaländerung erreichen möchte.
Die DE 10 2009 050 437 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Detektieren eines nahen Objekts, die beispielsweise zum Erkennen der Belegung eines Autositzes, um eine Person zum Anlegen eines Sicherheitsgurtes aufzufordern, eingesetzt wird. Die Vorrichtung weist eine Elektrodenanordnung auf, die zumindest zwei stationär und gegeneiner unbeweglich angeordnete Elektroden, eine Wechselspannungsquelle zur Versorgung der Elektrodenanordnung und eine Mess- und Auswerteeinrichtung zur Messung des Stroms, der über die von den Elektroden gebildeten Kapazität, fließt, umfasst. Die Elektroden weisen dem zu erfassenden Objekt zugewandte Elektrodenflächen auf und liegen in einem solchen Abstand zueinander, dass die Annäherung eines Objekts in dem nahen Einflussbereich der Elektrodenanordnung zu einer Abnahme des gemessenen Stroms führt, die durch die Mess- und Auswerteeinrichtung im Sinne des Vorhandenseins eines Objekts erfasst und ausgegeben wird.
Die DE 10 2004 047 906 A1 beschreibt eine Steuervorrichtung, um ein Insassenschutzmittel eines Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einen Airbag oder einen Gurtstraffer, anzusteuern. Diese Steuervorrichtung umfasst einen als kapazitiven Sensor ausgebildeten Kraftsensor zum Aufnehmen einer auf den Fahrzeugsitz einwirkenden Gewichtskraft und eine Steuer- und Auswerteschaltung, die aus den Sensorsignalen eine Klassifizierung, insbesondere nach dem Gewicht, vornimmt und abhängig davon die Schutzeinrichtung für den Insassen ansteuert. Der Messkondensator des kapazitiven Sensors ist durch die auf das Kraftfahrzeug einwirkende Gewichtskraft deformierbar, so dass er seine Kapazität ändert. Diese geänderte Kapazität wird ausgewertet und daraus ein Ansteuersignal für die Schutzeinrichtung abgeleitet.
Die DE 196 30 769 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Eindringens von Personen in ein Fahrzeug und/oder der Position von Personen innerhalb eines Fahrzeugs. Es werden zwei elektrisch gegeneinander isolierte, metallisch leitende Flächen oder Drähte, die als Elektroden eines oder mehrerer Plattenkondensator(en) ausgebildet sind, eingesetzt. Diese sind so im Fahrzeug angeordnet, dass eine Person beim Eindringen in das Fahrzeug ganz oder teilweise zwischen diese Platten gerät. Die Plattenkondensatoren sind frequenzbestimmende Elemente eines ersten, schmalbandigen, elektronischen Kreises.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kapazitiven Sitzbelegungserkennung anzugeben, das zumindest einen Teil der vorstehend angesprochenen Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Durch die Implementierung des durch Anspruch 3 erweiterten Verfahrens aus Anspruch 1 ist es mit dieser Anordnung darüber hinaus möglich, sicher Wasser im Sitz von einer Person auf dem Sitz zu unterscheiden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine kapazitive Sitzbelegungserkennung durchgeführt, bei der auf C_REF, C_X und C_Y zurückgegriffen wird, wobei C_REF die bekannte Kapazität eines Referenzkondensators gegenüber einem ersten Bezugspotential eines Fahrzeuges ist, C_X die Kapazität einer in einem Sitz, vorzugsweise in einer Sitzfläche, integrierten Sensorelektrode gegenüber dem ersten Bezugspotential ist und C_Y die zumindest parasitär vorhandene Kapazität der Sensorelektrode gegenüber einem zweiten Bezugspotential eines Fahrzeugs oder der Fahrzeugmasse selbst ist.
Weiterhin wird auf einen ersten Schalter, der den Referenzkondensator und eine mit dem Bezugspotential verbundene Referenzspannungsquelle bekannter Spannung U_REF verbindet, auf einen zweiten Schalter, der die Sensorelektrode mit dem Referenzkondensator verbindet, und auf einen dritten Schalter, der die Sensorelektrode mit dem Bezugspotential und die zumindest parasitär vorhandene Kapazität mit der Fahrzeugmasse verbindet, zurückgegriffen.
Um nun den momentanen Sitzbelegungszustand des Sitzes zu erfassen, werden die folgenden Schritte mindestens einmal durchgeführt:
Schritt a1: Aufladen des Referenzkondensator C_Ref auf die Spannung U_Ref der Referenzspannungsquelle durch Öffnen des zweiten Schalters und Schließen des ersten Schalters und Entladen der Kapazitäten C_X und C_Y durch Schließen des dritten Schalters,
Schritt b1: Öffnen des ersten Schalters und des dritten Schalters zur Herstellung eines Schwebezustands, bei dem die Kapazität C_REF und die Kapazitäten C_X und C_Y ihre Ladung beibehalten,
Schritt c1: Schließen des zweiten Schalters, so dass sich die Ladung des Referenzkondensators C_REF auf die Kapazitäten C_REF, C_X und C_Y verteilt und sich eine erste resultierende Spannung U_RES, wobei
gilt,
einstellt, die gespeichert wird,
Schritt d1: Vergleichen der resultierenden Spannung U_RES mit hinterlegten Grenzwerten, die bestimmten Belegungs- und/oder Sitzzuständen zugeordnet sind, und
Schritt e1: Ableiten eines Belegungs- und/oder Sitzzustands aus dem Vergleich.
Es ist anzumerken, dass es sich bei dem ersten und dem ggf. vorhandenen zweiten Bezugspotential für die Zeitdauer, während der die vorstehenden Schritte ausgeführt werden, um eine im Wesentlichen zeitlich unveränderliche Differenzspannung zur Fahrzeugmasse handelt.
Die kapazitive Sitzbelegungserkennung gemäß der Erfindung basiert darauf, dass der menschliche Körper eine gegenüber der Umgebung deutlich erhöhte Permittivität aufweist, die sich in einer Dielektrizitätszahl >> 1 ausdrückt. Es wird unter anderem der physikalische Effekt genutzt, dass eine Person, oder ein Körperteil der Person, in einem elektrischen Feld dieses beeinflusst, und diese Veränderung wird zu den Detektionszwecken, d. h. der Sitzbelegungserkennung, herangezogen. Durch die Beeinflussung des elektrischen Felds einer Sensorelektrode gegenüber ihrer Umgebung bei Anwesenheit einer zu detektierenden Person erscheint messtechnisch die Kapazität C_X dieser Sensorelektrode deutlich erhöht. Unvorteilhaft ist, dass diese Erhöhung von der gleichzeitigen oder unabhängigen Variation einer zumindest parasitär vorhandenen Kapazität C_Y nicht nur unterstützt, sondern ggf. auch verdeckt oder sogar vorgetäuscht werden kann. Eine solche Variation kann z. B. durch Wasser in einem Sitz verursacht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass mit sehr wenigen zusätzlichen passiven Bauelementen umfangreiche Informationen über die Art der Sitzbelegung erhalten werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird zusätzlich auf einen vierten Schalter, der die Verbindungsstelle von dem Referenzkondensator C_REF zu dem ersten Schalter und dem zweiten Schalter mit dem ersten Bezugspotential verbindet, und auf einen fünften Schalter, der die Verbindungsstelle von der Sensorelektrode C_X zu dem zweiten Schalter und dem dritten Schalter und der zumindest parasitär vorhandenen Kapazität C_Y der Sensorelektrode mit der Referenzspannungsquelle U_REF verbindet, zurückgegriffen. Das Verfahren führt einen Schritt a2.0 vor Schritt a1 aus, bei dem der vierte Schalter und der fünfte Schalter geöffnet werden. Dadurch sind in der Anfangsstellung immer der vierte Schalter und der fünfte Schalter geöffnet. In einem Schritt c2.1, der nach Schritt c1 vorgenommen wird, wird der zweite Schalter wieder geöffnet und danach wird der Referenzkondensator C_REF durch Schließen des vierten Schalters auf das erste Bezugspotential entladen und der fünfte Schalter wird geschlossen, um die Kapazitäten C_X und C_Y auf die Referenzspannung U_REF der Referenzspannungsquelle aufzuladen.
Nach dem vorstehend angegebenen Schritt c2.1 wird zunächst ein Schritt c2.2 vorgenommen, bei dem der vierte Schalter und der fünfte Schalter geöffnet werden, so dass sich ein Schwebezustand einstellt, bei dem die Kapazität C_REF und die Kapazitäten C_X und C_Y ihre Ladungen beibehalten.
Es folgt ein Schritt c2.3, bei dem der zweite Schalter geschlossen wird, so dass sich die Ladung der Kapazitäten C_X und C_Y auf die Kapazitäten C_REF, C_X und C_Y verteilt und sich eine zweite resultierende Spannung U'_RES einstellt. Für die resultierende Spannung U'_RES gilt
Nachdem Schritt d1 durchgeführt ist, folgt ein Schritt d2, bei dem zusätzlich die zweite resultierende Spannung U'_RES und/oder die Differenz beider resultierender Spannungen U_RES und U'_RES mit hinterlegten Grenzwerten, die bestimmten Belegungs- oder Sitzzuständen zugeordnet sind, verglichen werden.
Es folgt Schritt e1 und dann ein Schritt f2 nach Schritt e1, bei dem die Differenz aus der Referenzspannung U_RES und der Summe der resultierenden Spannungen U_RES und U'_RES mit den hinterlegten Grenzwerten verglichen wird, um einen bei der durchgeführten Prüfung aufgetretenen Ladungsverlust zu erkennen und so das Ergebnis der Ableitung des Belegungszustands aus dem Vergleich im Schritt e1 zu validieren oder zu verwerfen oder zu verändern.
Der Vorteil besteht darin, dass es auf diesem Weg möglich wird, eine Bewertung über die Funktionsfähigkeit des Verfahrens zu erhalten. Geht durch fehlerhafte Isolation der Sensorelektrode gegenüber der Umgebung ein Teil der im Verlauf der Detektion aufgebrachten Ladung verloren, so wird dieser Ladungsverlust während aller Abtastschritte immer die gleiche Richtung haben, so dass sich in der Summe beider Spannungen U_RES + U'_RES ein Wert deutlich abweichend von U_REF ergeben wird. Umgekehrt wird aber die Differenz U_RES – U'_RES immer relativ unbeeinflusst vom aufgetretenen Leckstrom bleiben, auch wenn ein geringer, noch tolerierbarer Ladungsverlust aufgetreten ist.
In einer alternativen Weiterbildung des Verfahrens wird für die kapazitive Sitzbelegungserkennung auf einen Heizleiter, der Teil einer Sitzheizung des Sitzes ist, zurückgegriffen, wozu der Heizleiter aber an seinem einen Ende über einen sechsten Schalter mit einer Betriebsspannungsquelle U_B, die ihrerseits an Fahrzeugmasse liegt, und an seinem anderen Ende über einen siebten Schalter mit Fahrzeugmasse verbunden ist. Da sich die Sensorelektrode mit Kapazität C_X nun die Sitzfläche mit der Heizleiterverlegung teilt, ist leicht zu verstehen, dass die parasitäre Kapazität C_Y in dieser Anordnung vorrangig an die Heizleiterverlegung koppelt, so dass für dieses Verfahren die zumindest parasitär vorhandene Kapazität C_Y zwischen der Verbindungsstelle der Sensorelektrode mit dem zweiten Schalter und mit dem dritten Schalter einerseits und andererseits mit dem Heizleiter berücksichtigt wird. Die Verbindungsstelle mit dem Heizleiter kann an eine beliebige Stelle des Heizleiters gelegt werden. Es ist aber auch möglich, die Verbindungsstelle dort vorzusehen, wo der Heizleiter mit dem sechsten Schalter verbunden ist. Durch Schließen des sechsten Schalters und des siebten Schalters wird bei offenem achten Schalter und offenem neunten Schalter der Heizleiter an die Batteriespannung angelegt und dadurch Wärme zum Beheizen des Sitzes produziert.
Weiterhin wird auf eine zumindest parasitäre externe Kapazität C_EXT, die einerseits auf dem ersten Bezugspotential oder auf Fahrzeugmasse liegt und andererseits mit dem Heizleiter (die Verbindung kann ein beliebiger Ort der Heizleiterverlegung, beispielsweise eine Verbindungsstelle sein) verbunden ist, zurückgegriffen. Diese Verbindungsstelle ist über einen achten Schalter mit einer zweiten Referenzspannungsquelle U*_REF, vorzugsweise gewählt zu
wobei für C_X der Fall des unbelasteten, trockenen Sitzes angenommen wird, die ihrerseits auf dem ersten Bezugspotential oder Fahrzeugmasse liegt, verbunden, und weiterhin ist diese Verbindungsstelle über einen neunten Schalter mit dem Bezugspotential der Referenzspannungsquelle U*_REF verbunden.
Unter diesen Voraussetzungen wird nun ein Schritt a3.0 vor Schritt a1 vorgenommen, bei dem der sechste Schalter und der siebte Schalter geöffnet werden, um den Heizleiter potentialfrei zu stellen,
dann wird ein Schritt a3.1 nach Schritt a1 vorgenommen, bei dem durch Schließen des neunten Schalters (S9) die zumindest parasitäre Kapazität C_EXT entladen wird,
ein Schritt c3.1 wird nach Schritt c1 vorgenommen, bei dem der Referenzkondensator C_REF auf die Spannung U*_REF der zweiten Referenzspannungsquelle durch Öffnen des zweiten Schalters und durch Schließen des ersten Schalters aufgeladen wird und die Kapazitäten C_X und C_Y durch Schließen des dritten Schalters entladen werden. Der neunte Schalter bleibt geschlossen, wodurch sichergestellt wird, dass die zumindest parasitär vorhandene Kapazität C_EXT entladen bleibt.
Es folgt dann ein Schritt c3.2, bei dem durch Öffnen des ersten Schalters und des dritten Schalters und durch Öffnen des neunten Schalters ein Schwebezustand hergestellt wird, in dem die Kapazitäten C_REF, C_X, C_Y und die parasitär vorhandene externe Kapazität C_EXT ihre Ladungen beibehalten,
ein Schritt c3.3, bei dem sich durch Schließen des zweiten Schalters und durch zeitgleiches Schließen des achten Schalters die Ladung des Referenzkondensators auf die Kapazitäten C_REF und C_X verteilt und gleichzeitig auf der Verbindung zwischen den Kapazitäten C_Y und C_EXT und dem achten Schalter die Spannung U*_REF anliegt, wodurch erreicht wird, dass der Spannungshub an der parasitär vorhandenen Koppelkapazität C_Y kleiner ausfällt als im Schritt c1, wobei für die nun resultierende Spannung U*_RES näherungsweise
mit A < 1, gilt.
Die resultierende Spannung U*_RES wird gespeichert.
Der Wert A ist ein Faktor, der von der Spannung der zweiten Referenzspannungsquelle U*_REF und dem Belegungszustand des Sitzes abhängig ist, wobei A durch die gewählte Größe der zweiten Referenzspannungsquelle U*_REF im Fall des unbelegten Sitzes nahe Null liegt und im Fall des belegten Sitzes nicht größer als 1 sein wird. Die zumindest parasitär vorhandene Kapazität C_Y wird bei dieser Ausführungsform durch das gewählte Verfahren und dessen Parametrisierung für den Fall des unbelegten Sitzes gewissermaßen „versteckt” und tritt nur für den Fall des belegten Sitzes mit dann deutlich größerem Wert für C_X wieder in Erscheinung.
Abschließend wird dann aus dem Vergleich im Schritt d1 und der Ableitung aus Schritt e1 auf den Sitzzustand geschlossen, und durch einen Vergleich von U*_RES mit hinterlegten Grenzwerten wird zu den ermittelten Werten für U_RES und U*_RES ein bestimmter Belegungszustand zugeordnet.
Bei Überschreitung der hinterlegten Grenzwerte und/oder Änderung vorrangig der zweiten resultierenden Spannung U*_RES und nur schwacher (d. h. etwas weniger als halb so starker) Änderung und/oder keiner Überschreitung der ersten Spannung U_RES wird auf eine Belegung des Sitzes geschlossen.
Bei einer bis zu einem definierten Grad (d. h. in etwa gleich starker) gemeinsamen Änderung und/oder einem gleich gerichteten Anstieg oder Abfall beider resultierenden Spannungen U_RES und U*_RES wird auf eine Drift der Referenzkapazität C_REF oder der Referenzspannung U_REF ohne eine Änderung des Belegungszustandes des Sitzes geschlossen, und es wird geprüft, ob die hinterlegten Grenzwerte zu neuen Grenzwerten zu ändern sind.
Bei einer Überschreitung der Grenzwerte und/oder vorrangig der ersten resultierenden Spannung U_RES und einer nur schwachen (d. h. etwa weniger als halb so starken) Änderung und/oder keiner Überschreitung der hinterlegten Grenzwerte der zweiten Spannung wird auf einen unbelegten Sitz, der jedoch feucht ist, geschlossen.
Durch die Abtastprozedur ist es möglich, eindeutig eingedrungenes Wasser von einer Beladung des Sitzes mit Gegenständen zu unterscheiden. Ebenfalls ist es möglich, einen das Resultat verfälschenden Leckstrom zu erkennen.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht, die Elektronik zum Ansteuern von Heizung und Sitzbelegungs-Erkennung sowohl als kleines Elektronikmodul in der Sitzfläche (wenig externe Komponenten) als auch separat, z. B. im Sitzgestell des Fahrzeugs, integriert zu implementieren.
Bei Verwendung eines weiteren Detektionsdrahts in der Lehne des Fahrzeugs ist es möglich, den Abstand zwischen dem Rücken einer Person und dem zweiten Detektionsdraht zu vermessen. Das erlaubt die Beurteilung von Out-of-Position Situationen.
Es ist nicht zwingend notwendig, Heizdraht und Sensorelektrode in einer Ebene zu verlegen. Ein solches System wäre aber teurer in der Herstellung.
Überkreuzungen von Heizdraht und Sensorelektrode reduzieren die Empfindlichkeit, jedoch kann man auch Überkreuzungen zulassen, wenn genügend überkreuzungsfreie Leiterbahnabschnitte übrig bleiben.
Es lassen sich auch Systeme realisieren, bei denen mehr als eine Sensorelektrode verwendet werden. Dies kann ebenfalls für Out-of-Position Erkennungen sinnvoll sein.
Weitere Einzelheiten und Merkmale des Verfahrens werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung ersichtlich. In der Zeichnung zeigt
1 ein Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform, die eine Sensorelektrode einsetzt,
2 ein Schaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform, bei der gegenüber der ersten Ausführungsform zwei zusätzliche Schalter eingesetzt sind,
3 ein Schaltungsdiagramm einer dritten Ausführungsform, bei der gegenüber der ersten Ausführungsform auf einen Heizleiter mit Ansteuerungsschaltern sowie auf eine Koppelkapazität zwischen Heizleiter und Sensorelektrode zurückgegriffen wird,
4 ein mit der 3 vergleichbares Schaltungsdiagramm einer vierten Ausführungsform, bei dem, entsprechend 2, zwei zusätzliche Schalter eingesetzt sind,
5 ein Schaltungsdiagramm einer fünften Ausführungsform, bei der die zweite Referenzspannung durch eine zusätzliche Kapazität ersetzt ist,
6 ein Schaltungsdiagramm einer sechsten Ausführungsform, abgeleitet aus 2, bei der zwischen dem ersten und dem vierten Schalter ein zusätzlicher Kanalwahlschalter zur Referenzkapazität eingefügt wurde,
7 ein Schaltungsdiagramm einer siebten Ausführungsform, abgeleitet aus 4, bei der zwischen dem ersten und dem vierten Schalter ein zusätzlicher Kanalwahlschalter zur Referenzkapazität eingefügt wurde,
8 ein Schaltungsdiagramm einer achten Ausführungsform, abgeleitet aus 5, bei der zwischen dem ersten und dem vierten Schalter ein zusätzlicher Kanalwahlschalter zur Referenzkapazität eingefügt wurde,
9 ein Schaltungsdiagramm einer neunten Ausführungsform, abgeleitet aus 2, bei der ein Mikrocontroller eingesetzt wird, der verschiedene Funktionen der Anordnung übernimmt,
10 ein Schaltungsdiagramm einer zehnten Ausführungsform, abgeleitet aus 5, bei der neben einem Mikrocontroller eine MOSFET-Ansteuerung eingesetzt wird,
11 ein Schaltungsdiagramm einer elften Ausführungsform, abgeleitet aus 6, bei der ein Mikrocontroller eingesetzt wird, der verschiedene Funktionen der Anordnung übernimmt, und
12 ein Schaltungsdiagramm einer zwölften Ausführungsform, abgeleitet aus 8, bei der ein Mikrocontroller eingesetzt wird, der verschiedene Funktionen der Anordnung übernimmt.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen zur Sitzbelegungserkennung für Fahrzeugsitze beschrieben. Das Verfahren basiert darauf, dass eine unbekannte Kapazität vermessen wird.
In der ersten Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, umfasst die in einen Sitz integrierte Anordnung für eine kapazitive Sitzbelegungserkennung eine Kapazität C_X, die die Kapazität einer in einem Sitz integrierten Sensorelektrode 1 gegenüber einem ersten Bezugspotential 2 ist. Weiterhin ist in der Schaltung eine Referenzkapazität C_REF vorhanden, wobei C_REF die bekannte Kapazität eines Referenzkondensators 4 gegenüber einem ersten Bezugspotential 2 eines Fahrzeugs ist. Schließlich ist eine Kapazität C_Y vorhanden, die eine zumindest parasitär vorhandene Kapazität der Sensorelektrode 1 gegenüber einem zweiten Bezugspotential 3 ist, bei dem es sich in dieser Anordnung um die Fahrzeugmasse handelt.
Ein erster Schalter S1 verbindet den Referenzkondensator 4 und eine mit dem Bezugspotential 2 verbundene Referenzspannungsquelle 5 bekannter Spannung U_REF Ein zweiter Schalter S2 verbindet die Sensorelektrode 1 mit dem Referenzkondensator 4, und ein dritter Schalter S3 verbindet die Sensorelektrode 1 und die zumindest parasitär vorhandene Kapazität mit der Fahrzeugmasse 3 mit dem Bezugspotential 2. Der Knotenpunkt zwischen zweitem Schalter S2, drittem Schalter S3, Sensorelektrode 1 und parasitärer Kapazität C_Y ist mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet. Das Bezugspotential ist für die Zeitdauer der Sitzbelegungserkennung eine im Wesentlichen zeitlich unveränderliche Differenzspannung zur Fahrzeugmasse hin. Weiterhin ist eine Spannungsmesseinrichtung 6 zum Messen einer resultierenden Spannung U_RES vorhanden, die an dem Knotenpunkt 7 zwischen erstem Schalter S1, zweitem Schalter S2 und Referenzkondensator 4 verbunden ist und andererseits auf dem ersten Bezugspotential 2 liegt.
Um einen Sitzbelegungszustand des Sitzes zu erfassen, wird zunächst in einem Schritt a1 der Referenzkondensator 4 auf die Spannung U_Ref der Referenzspannungsquelle 5 aufgeladen, indem der zweite Schalter S2 geöffnet wird und der erste Schalter S1 geschlossen wird. Durch Schließen des dritten Schalters S3 werden dann die Kapazitäten C_X und C_Y entladen.
In einem nächsten Schritt b1 werden der erste Schalters S1 und der dritte Schalter S3 geöffnet, um dadurch einen Schwebezustand herzustellen, bei dem die Kapazität C_REF des Referenzkondensators 4, die Kapazität C_X der Sensorelektrode 1 gegenüber dem Bezugspotential 2 und die parasitär vorhandene Kapazität C_Y ihre Ladungen beibehalten.
Es folgt ein Schritt c1, in dem der zweite Schalter S2, der geöffnet ist, wieder geschlossen wird, so dass sich die Ladung C_REF des Referenzkondensators 4 auf die Kapazitäten C_REF, C_X und C_Y verteilt. Es stellt sich dadurch eine erste resultierende Spannung U_RES ein. Für die resultierende Spannung U_RES gilt:
Die resultierende Spannung wird an der Spannungsmesseinrichtung 6 gemessen und gespeichert.
Es folgt ein Schritt d1, in dem die resultierende Spannung U_RES mit hinterlegten Grenzwerten verglichen wird, die bestimmten Belegungs- und/oder Sitzzuständen zugeordnet ist. Aus diesem Vergleich wird in einem weiteren Schritt e1 ein Belegungs- und/oder Sitzzustand abgeleitet.
Es ist ersichtlich, dass sich auf diese Weise ein kostengünstiger Aufbau erstellen lässt, indem in den Sitz ein Detektionselement in Form der Sensorelektrode 1 hinzugefügt wird, die gegenüber dem Bezugspotenzial der Auswerteschaltung die vom Belegungszustand abhängige Kapazität C_X und gegenüber der Fahrzeugmasse eine zweite, vom Belegungszustand und/oder Sitzzustand abhängige Kapazität C_Y bildet.
Das vorstehende Verfahren kann wiederholt durchgeführt werden, um das Ergebnis einer Mehrzahl von Messungen zusammenzufassen und zu mehreren Zeitpunkten zu mitteln oder die Ergebnisse der Messungen zu summieren. Auch ist es bei wiederholt durchgeführter Messung möglich, zeitliche Änderungen der resultierenden Spannung U_RES mit typischen Ein- und Ausstiegsvorgängen in Verbindung zu bringen, um den Zustand der Sitzbelegung dadurch zu validieren.
Um die Sensorelektrode in einen Sitz zu integrieren, kann eine Verlegematte verwendet werden, die nicht in den Figuren dargestellt ist, die im fertigen Sitz Teil entweder der Oberseite des Sitzkissens ist oder zwischen Sitzkissen-Oberseite und Sitzbezug liegt oder im Bezug des Sitzes eingenäht ist.
Eine solche Verlegematte kann zusätzlich zu der Sensorelektrode die Heizleiter für eine Sitzheizung (siehe 10) aufweisen, falls eine solche Sitzheizung in dem Sitz vorgesehen ist. Grundsätzlich ist es unerheblich, ob die Sensorelektrode und der Heizleiter in der gleichen Ebene oder in unterschiedlichen Ebenen liegen. Bevorzugt ist ein einlagiger Aufbau, in dem Heizdraht und Sensorelektrode zwischen zwei Lagen, beispielsweise aus Schaumstoff oder Vlies, zwischengefügt sind.
In 2 ist nun eine zweite Ausführungsform gezeigt, bei der zusätzlich zu der Schaltungsanordnung, wie sie in 1 gezeigt ist, ein vierte Schalter S4 vorhanden ist, der die Verbindungsstelle 7 von dem Referenzkondensator 4 zu dem ersten Schalter S1 und dem zweiten Schalter S2 mit dem ersten Bezugspotential 2 verbindet. Weiterhin ist ein fünfter Schalter S5 vorhanden, der die Verbindungsstelle 8 von der Sensorelektrode 1 zu dem zweiten Schalter S2 und dem dritten Schalter S3 und der zumindest parasitär vorhandenen Kapazität C_Y der Sensorelektrode 1 mit der Referenzspannungsquelle U_REF verbindet.
Mit dieser Schaltungsanordnung wird nun, zusätzlich zu den Verfahrensschritten, die mit der Anordnung nach 1 durchgeführt werden und vorstehend beschrieben sind, ein Schritt a2.0 vor Schritt a1 vorgenommen, bei dem der vierte Schalter S4 und der fünfte Schalter S5 geöffnet werden.
Dann wird, im Anschluss an den Schritt c1, der vorstehend beschrieben ist, ein Schritt c2.1 vorgenommen, bei dem der zweite Schalter S2 wieder geöffnet wird und danach durch Schließen des vierten Schalters S4 der Referenzkondensator 4 auf das erste Bezugspotential 2 entladen wird. Der fünfte Schalter S5 wird geschlossen, um die Kapazitäten C_X und C_Y auf die Referenzspannung U_REF der Referenzspannungsquelle 5 aufzuladen.
Nach diesem Schritt c2.1 folgt ein Schritt c2.2, bei dem der vierte Schalter S4 und der fünfte Schalter S5 geöffnet werden. Dadurch stellt sich ein Schwebezustand ein, bei dem die Kapazität C_REF und die Kapazitäten C_X und C_Y ihre Ladungen beibehalten.
Anschließend wird Schritt c2.3 vorgenommen, bei dem der zweite Schalter S2 geschlossen wird, so dass sich die Ladung der Kapazitäten C_X und C_Y auf die Kapazitäten C_REF, C_X und C_Y verteilt und sich eine zweite resultierende Spannung U_RES einstellt, die an der Spannungsmesseinrichtung 6 gemessen wird, mit
Es folgt der vorstehend beschriebene Schritt d1, danach ein Schritt d2, bei dem zusätzlich die zweite resultierende Spannung U'_RES und/oder die Differenz beider resultierender Spannungen U_RES und U'_RES mit hinterlegten Grenzwerten verglichen werden, die bestimmten Belegungs- oder Sitzzuständen zugeordnet sind.
Nachdem der vorstehend beschriebene Schritt e1 durchgeführt wird, folgt ein Schritt f2, bei dem die Differenz aus der Referenzspannung U_RES und der Summe der resultierenden Spannungen U_RES und U'_RES mit den hinterlegten Grenzwerten verglichen wird. Durch diesen Vergleich kann ein bei der durchgeführten Prüfung aufgetretener Ladungsverlust erkannt werden, um so das Ergebnis der Ableitung des Belegungszustands aus dem Vergleich im Schritt e1 zu validieren oder zu verwerfen oder zu verändern.
Bei der vorstehend anhand der 2 beschriebenen Anordnung und dem damit durchgeführten Verfahren ist C_X die Kapazität der Sensorelektrode 1 gegenüber einem Bezugspotenzial 2 des Fahrzeugs und C_Y ist eine zumindest parasitär vorhandene Kapazität der Sensorelektrode 1 gegenüber der Fahrzeugmasse. Bei näherer Betrachtung des dargestellten Verfahrens erkennt man, dass nicht alleine C_X für die Messung ausgewertet wird, sondern vielmehr die Summe aus C_X und C_Y. Allerdings tritt hierbei das Problem auf, dass eine Kapazitätserhöhung dieser Summenkapazität nicht zwingend durch die Anwesenheit einer Person hervorgerufen wird. Vielmehr kann Wasser in der Heizmatte und/oder der Umgebung der Sensorelektrode 1 bereits in geringen Mengen (wenige 10 ml) zu einer deutlichen Beeinflussung der parasitären Kapazität C_Y in einer Richtung führen, die auf die Belegung des Fahrzeugsitzes durch eine Person hindeutet, so dass dadurch die Ableitung des Belegungs- und/oder Sitzzustands verfälscht wird. Weiterhin bilden andere Elemente, wie Zuleitungen und auch der Heizdraht, bereits einen relativ großen Basiswert an der Kapazität C_Y, wodurch eine Änderung der Summenkapazität C_X + C_Y durch eine Sitzbelegung erheblich kleiner ausfällt als im Fall eines vollflächigen Sensors. Es ist ersichtlich, dass dieser Einfluss von Feuchtigkeit auf die Kapazitätsmessung für die Bestimmung des Belegungs- und Sitzzustands kritisch ist.
Um den Einfluss der Heizung auf die kapazitive Detektion zu minimieren, wird ein Schaltungsaufbau eingesetzt, wie er in 3 dargestellt ist.
Der obere Teil der Schaltungsanordnung der 3 entspricht demjenigen der in 1 dargestellt ist, so dass in Bezug auf die Beschreibung dieses Teils der Schaltung auf die Ausführungen zu 1 verwiesen wird.
Zusätzlich zu der Anordnung der 1 ist ein Heizleiter 9, der Teil einer Sitzheizung des Sitzes ist, dargestellt. Der Heizleiter 9 ist an seinem einen Ende über einen sechsten Schalter S6 mit einer Betriebsspannungsquelle 10 (mit der Spannung U_B) verbunden, die ihrerseits an Fahrzeugmasse (zweites Bezugspotential 3) liegt. Am anderen Ende ist der Heizleiter 9 über einen siebten Schalter S7 mit der Fahrzeugmasse (zweites Bezugspotential 3) verbunden. Die eine Seite des Heizleiters 9, die mit dem Schalter S6 verbunden ist, ist mit der parasitär vorhandenen Kapazität C_Y verbunden. Weiterhin ist diese Verbindung an einer Verbindungsstelle 11 über einen achten Schalter S8 mit einer zweiten Referenzspannungsquelle 12 mit der Spannung U*_REF verbunden. Weiterhin ist die Verbindungsstelle 11 über einen neunten Schalter S9 mit dem Bezugspotential 3 der Referenzspannungsquelle 12 verbunden.
Schließlich ist in der Schaltung eine zumindest parasitäre externe Kapazität C_EXT vorhanden, die einerseits auf dem zweiten Bezugspotential 3 liegt und andererseits mit dem Heizleiter auf dessen Seite, die mit dem Schalter S6 verbunden ist, in Verbindung steht.
Durch Schließen der Schalter S6 und S7 und bei offenen Schaltern S8 und S9 liegt der Heizleiter 9 an Batteriespannung an und produziert Wärme.
Die Spannung U*_REF der zweiten Referenzspannungsquelle 12 ist ähnlich groß gewählt wie die Spannung U_RES in einer gleichartigen Anordnung, bei der die parasitäre Kapazität C_Y nicht vorhanden oder sehr viel kleiner als die Kapazität C_X der Sensorelektrode wäre.
Eine Sitzbelegungserkennung wird mit der Anordnung nach 3 wie folgt durchgeführt:
Vor dem vorstehend anhand der 1 beschriebenen Schritt a1 wird ein Schritt a3.0 vorgenommen, bei dem der sechste Schalter S6 und der siebte Schalter S7 geöffnet werden, um den Heizleiter 9 potentialfrei zu stellen. Anschließend erfolgt, nachdem der Schritt a1 durchgeführt ist, ein Schritt a3.1, bei dem durch Schließen des neunten Schalters S9 die zumindest parasitäre Kapazität C_EXT entladen wird.
Nachdem Schritt c1 durchgeführt ist, folgt ein Schritt c3.1, bei dem der Referenzkondensator 4 auf die Spannung U_REF der Referenzspannungsquelle 5 aufgeladen wird, indem der zweite Schalter S2 geöffnet wird und der erste Schalter S1 geschlossen wird. Die Kapazitäten C_X und C_Y werden durch Schließen des dritten Schalters S3 entladen. Zusätzlich wird dadurch, dass der neunte Schalter S9 geschlossen bleibt, sichergestellt, dass die zumindest parasitär vorhandene Kapazität C_EXT in einem entladenen Zustand bleibt.
Es folgt ein Schritt c3.2, in dem durch Öffnen des ersten Schalters S1 und des dritten Schalters S3 und durch Öffnen des neunten Schalters S9 ein Schwebezustand hergestellt wird; in diesem Zustand behalten die Kapazitäten C_REF, C_X, C_Y und die parasitär vorhandene externe Kapazität C_EXT ihre Ladungen bei.
In dem dann folgenden Schritt c3.3 wird durch Schließen des zweiten Schalters S2 und durch zeitgleiches Schließen des achten Schalters S8 die Ladung des Referenzkondensators auf die Kapazitäten C_REF und C_X verteilt; gleichzeitig liegt an der Verbindung zwischen den Kapazitäten C_Y und C_EXT und dem achten Schalter S8 die Spannung U*_REF an. Hierdurch wird erreicht, dass der Spannungshub an der parasitär vorhandenen Koppelkapazität C_Y kleiner ausfällt als im Schritt c1. Für die nun resultierende Spannung U*_RES gilt näherungsweise
mit A < 1.
Diese Spannung U*_RES ist in jedem Fall größer als die Spannung U_RES in Schritt c. Sie wird gespeichert. Der Faktor A hängt von der Spannung der zweiten Referenzspannungsquelle 12 (U*_REF) und dem Belegungszustand des Sitzes ab. Im Fall des unbelegten Sitzes liegt A nahe Null und im Fall des belegten Sitzes ist A nicht größer als 1. Anschließend wird aus dem Vergleich im Schritt d1 und der Ableitung aus Schritt, wie sie vorstehend bereits erläutert wurden, auf den Sitzzustand geschlossen, und durch einen Vergleich von U*_RES mit hinterlegten Grenzwerten für die Belegungszustände wird ein bestimmter Belegungszustand zugeordnet. Somit werden zur Ermittlung des Belegungszustandes des Sitzes beide resultierenden Spannungen U_RES und U*_RES herangezogen, wobei
mit einer Überschreitung der hinterlegten Grenzwerte und/oder Änderung vorrangig der zweiten resultierenden Spannung U*_RES und nur schwacher (d. h. etwa weniger als halb so starker) Änderung und/oder keiner Überschreitung der ersten Spannung U_RES auf eine Belegung des Sitzes geschlossen wird,
mit einer bis zu einem definierten Grad (d. h. in etwa gleich starker) gemeinsamen Änderung und/oder einem gleich gerichtetem Anstieg oder Abfall beider resultierenden Spannungen U_RES und U*_RES auf eine Drift der Referenzkapazität C_REF oder der Referenzspannung U_REF ohne eine Änderung des Belegungszustandes des Sitzes geschlossen wird und geprüft wird, ob die hinterlegten Grenzwerte zu neuen Grenzwerten zu ändern sind, und mit einer Überschreitung der Grenzwerte und/oder vorrangig der ersten resultierenden Spannung U_RES und einer nur schwachen (d. h. etwa weniger als halb so starken) Änderung und/oder keiner Überschreitung mit den hinterlegten Grenzwerten der zweiten Spannung U*_RES auf einen unbelegten Sitz, der jedoch feucht ist, geschlossen wird.
Die Schaltungsanordnung, wie sie in 4 dargestellt ist, entspricht im Wesentlichen derjenigen, die vorstehend anhand der 3 beschrieben ist, allerdings sind zusätzlich der vierte Schalter S4 und der fünfte Schalter S5 vorgesehen, die auch in der Schaltungsanordnung der 2 vorhanden sind. Insofern wird in Bezug auf den Schaltungsaufbau der 4 auf die vorstehenden Ausführungen zu den 2 und 3 verwiesen. Die Schaltungsanordnung der 4 hat gegenüber der Schaltungsanordnung der 3 den Vorteil, dass ein während des Abtastvorgangs auftretender Ladungsverlust durch die bei der Beschreibung von 2 erwähnte Validierung erkannt werden kann.
In 5 ist eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gezeigt. Der Grundaufbau der Schaltungsanordnung entspricht demjenigen der Schaltungsanordnung der 4. Im Gegensatz zu der Anordnung der 4 wird bei der Anordnung der 5 die Spannung für die Spannungsquelle U*_REF von der Spannungsquelle U_REF abgegriffen, indem der Schalter S8, der dem Knoten 11 folgt, direkt mit der Spannungsquelle U_REF über die Leitung 13 verbunden ist. Weiterhin ist eine Kapazität C_CTRL zwischen dem Heizleiter 9, und zwar an der Verbindung zwischen Heizleitleiter 9 und Schalter S6, und dem achten Schalter S8 sowie dem neunten Schalter S9 (Verbindungsstelle 11) verbunden, um dadurch die Spannung von U*_REF nachzubilden. Für die Größe der Kapazität C_CTRL gilt
In einer sechsten Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist, sind der erste Schalter S1 und der vierte Schalter S4 nicht mehr direkt mit der Referenzkapazität C_REF verbunden (über den Knotenpunkt 7), wie dies in den 2, 4 und 5 dargestellt ist, sondern es ist ein zusätzlicher Netzknoten, mit P_REF bezeichnet, gebildet, an dem der erste Schalters S1 mit dem vierten Schalter S4 verbunden ist und mit dem ein zusätzlicher Kanalwahlschalter S0 verbunden ist. Dieser Kanalwahlschalter S0 ist auf seiner anderen Seite mit dem zweiten Schalter S2 sowie der Referenzkapazität C_REF verbunden. Dieser Kanalwahlschalter S0 wird immer dann in einen geschlossenen Zustand versetzt, wenn der erste Schalter S1 und/oder der vierte Schalter S4 geschlossen sind. Einen geöffneten Zustand nimmt der Kanalwahlschalter S0 immer dann ein, wenn sowohl der erste Schalter S1 als auch der vierte Schalter S4 geöffnet sind. Mit dieser Anordnung wird erreicht, dass anstelle eines einzelnen Referenzkondensators C_REF auch eine integrierte Anordnung aus einem Referenzkondensator C_REF und einer Anordnung von Kanalwahlschaltern verwendet werden kann.
Die 7 stellt eine Anordnung dar, bei der der Schaltungsaufbau der 6 mit dem zusätzlichen Kanalwahlschalter S0 in den Schaltungsaufbau der 4 integriert ist. Insofern wird auf die vorstehenden Ausführungen zu den 4 und 6 Bezug genommen. Es ist hervorzuheben, dass die Anordnung der 7 den zusätzlichen Vorteil bietet, dass wiederum anstelle eines einzelnen Referenzkondensators C_REF auch eine integrierte Anordnung aus einem Referenzkondensator C_REF und einer Anordnung von Kanalwahlschaltern verwendet werden kann.
In einer achten Ausführungsform der Anordnung, wie sie in 8 dargestellt ist, ist die Anordnung mit dem Kanalwahlschalter S0 der 6 in die Anordnung der 5 eingesetzt, bei der die Spannung für die Spannungsquelle U*_REF von der Spannungsquelle U_REF abgegriffen wird, d. h. der Schalter S8 ist direkt mit der Spannungsquelle U_REF über die Leitung 13 verbunden.
Die 9 zeigt eine Anordnung, bei der ein Microcontroller 14 mit einem Analog-zu-Digital-Konverter ADC, ein Kanalmultiplexer MUX und ein erster Porttreiber P1 eingesetzt werden. Der Microcontroller 14 setzt die Schaltungsanordnung um, wie sie in 2 dargestellt ist. Der erste Schalter S1, der zweite Schalter S2 und der vierte Schalter S4 sind dem Kanalmultiplexer MUX zugeordnet und der dritte Schalter S3 sowie der fünfte Schalter S5 werden durch den ersten Porttreiber P1 umgesetzt. Weiterhin liegt ein Abtast-Halte-Kondensator in dem Analog-zu-Digital-Konverter ADC für die Kapazität C_REF vor. An dem Ausgang des Microcontrollers 14, der durch die Verbindungsstelle 8 dargestellt ist, ist die Sensorelektrode 1 der Kapazität C_X sowie die parasitär vorhandene Kapazität der Sensorelektrode 1 verbunden. Hierdurch ergibt sich ein kostengünstiger Aufbau der Schaltungsanordnung für die Sitzbelegungserkennung.
Auch die in 10 dargestellte Anordnung setzt den Microcontroller 14 ein, der einen zweiten Porttreiber P2 für die Ansteuerung des achten Schalters S8 und die Ansteuerung des neunten Schalters S9 aufweist, die in den Schaltungsanordnungen der 3, 4 und 5 dargestellt sind. Durch den Microcontroller 14 werden somit die Schalter S8 und S9 durch den zweiten Porttreiber P2 gesteuert.
Weiterhin sind in der Schaltungsanordnung nach 10 der sechste Schalter S6 und der siebte Schalter S7, die in den Schaltungsanordnungen der 3, 4, 5 und 8 vorhanden sind, durch jeweils einen MOSFET T6, T7 mit Ansteuerelektronik (MOSFET-Ansteuerung) implementiert. Die externe Kapazität C_EXT ist mindestens je zur Hälfte durch die Drain/Source-Kapazitäten jedes der beiden MOSFETs T6 und T7 dargestellt, die im Sperrzustand der MOSFETs sichtbar sind.
10 veranschaulicht, dass der Heizleiter 9 in einer Matte 15 mit einem Verlegemuster eingebunden sein kann, um die Sitzfläche oder die Rückenlehnenfläche des Sitzes eines Fahrzeugs zu beheizen.
Der Microcontroller 14, wie er in 11 dargestellt ist, führt die Funktion des zusätzlichen Kanalwahlschalters S0 aus, der vorstehend anhand der 6, 7 und 8 beschrieben ist. Hierzu umfasst der Microcontroller 14 einen Kanalmultiplexer MUX für den zweiten Schalter S2 und diesen zusätzlichen Kanalwahlschalter S0. Weiterhin sind ein erster Porttreiber P1 für die Ansteuerung des dritten Schalters S3 und des fünften Schalters S5 und ein weiterer Portreiber, in 11 als dritter Porttreiber P3 bezeichnet, für die Ansteuerung des ersten Schalters S1 und des vierten Schalters S4 vorhanden. Ansonsten ist die Arbeitweise dieser Anordnung der 11 so, wie dies vorstehend anhand der entsprechenden Figuren bereits beschrieben ist.
Die 12 zeigt eine Anordnung entsprechend der 10 mit Microcontroller 14 und MOSFET-Ansteuerung, jedoch mit dem zusätzlichen Kanalwahlschalter S0, der in der Anordnung der 11 vorhanden ist. Folglich umfasst der Microcontroller 14 der 12 den Kanalmultiplexer MUX für den zweiten Schalter S2 und den zusätzlichen Kanalwahlschalter S0, den ersten Porttreiber P1 für die Ansteuerung des fünften Schalters S5 und des dritten Schalters S3, den dritten Porttreiber P3 für die Ansteuerung des ersten Schalters S1 und des vierten Schalters S4 sowie den zweiten Porttreiber P2 für die Ansteuerung des achten Schalters S8 und des neunten Schalters S9.
Vorstehend sind die verschiedenen Ausführungsformen der Anordnung für die kapazitive Sitzbelegungserkennung eines Fahrzeugsitzes beschrieben. Da die dargestellten Anordnungen in verschiedenen Schaltungsdetails identisch sind oder sich ähneln, können die Ausführungen zu einer Schaltungsanordnung auf die entsprechenden Schaltungsdetails der anderen Schaltungsanordnungen analog übertragen werden. Auch können die Schaltungsdetails unmittelbar aus den Figuren abgeleitet werden, auch wenn solche Details nicht ausdrücklich in der Beschreibung beschrieben sind.

Claims

Verfahren zur kapazitiven Sitzbelegungserkennung, das auf C_REF, wobei C_REF die bekannte Kapazität eines Referenzkondensators (4) mit Kapazität C_REF gegenüber einem ersten Bezugspotential (2) eines Fahrzeuges ist, auf C_X, wobei C_X die Kapazität einer in einem Sitz integrierten Sensorelektrode (1) gegenüber dem ersten Bezugspotential ist, auf C_Y, wobei C_Y die zumindest parasitär vorhandene Kapazität der Sensorelektrode (1) gegenüber einem zweiten Bezugspotential (3) oder einer Fahrzeugmasse (3) ist, sowie auf einen ersten Schalter (S1), der den Referenzkondensator und eine mit dem ersten Bezugspotential (2) verbundene Referenzspannungsquelle (5) bekannter Spannung U_REF verbindet, auf einen zweiten Schalter (S2), der die Sensorelektrode mit dem Referenzkondensator verbindet, und auf einen dritten Schalter (S3), der die Sensorelektrode mit dem Bezugspotential (2) verbindet, zurückgreift, wobei zur Erfassung eines Sitzbelegungszustandes des Sitzes folgende Schritte mindestens einmal durchgeführt werden: a1 Aufladen des Referenzkondensators (4) auf die Spannung U_Ref der Referenzspannungsquelle (5) durch Öffnen des zweiten Schalters (S2) und Schließen des ersten Schalters (S1) und Entladen der Kapazitäten C_X und C_Y durch Schließen des dritten Schalters (S3), b1 Öffnen des ersten Schalters (S1) und des dritten Schalters (S3) zur Herstellung eines Schwebezustands, bei dem die Kapazität C_REF und die Kapazitäten C_X und C_Y ihre Ladung beibehalten, c1 Schließen des zweiten Schalters (S2), so dass sich die Ladung der Kapazität C_REF auf die Kapazitäten C_REF, C_X und C_Y verteilt und sich eine erste resultierende Spannung U_RES, wobei
gilt, einstellt, die gespeichert wird, d1 Vergleichen der resultierenden Spannung U_RES mit hinterlegten Grenzwerten, die bestimmten Belegungs- und/oder Sitzzuständen zugeordnet sind, und e1 Ableiten eines Belegungs- und/oder Sitzzustands aus dem Vergleich.
Verfahren zur kapazitiven Sitzbelegungserkennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich auf einen vierten Schalter (S4), der die Verbindungsstelle (7) von dem Referenzkondensator (4) zu dem ersten Schalter (S1) und dem zweiten Schalter (S2) mit dem ersten Bezugspotential (2) verbindet, und auf einen fünften Schalter (S5), der die Verbindungsstelle (8) von der Sensorelektrode (1) zu dem zweiten Schalter (S2) und dem dritten Schalter (S3) mit der Referenzspannungsquelle (5) mit Spannung U_REF verbindet, zurückgegriffen wird, wobei ein Schritt a2.0 vor Schritt a1 vorgenommen wird, bei dem der vierte Schalter (S4) und der fünfte Schalter (S5) geöffnet werden, ein Schritt c2.1 nach Schritt c1 vorgenommen wird, bei dem der zweite Schalter (S2) wieder geöffnet und nachfolgend der Referenzkondensator (4) durch Schließen des vierten Schalters (S4) auf das erste Bezugspotential entladen wird und der fünfte Schalter (S5) geschlossen wird, um die Kapazitäten C_X und C_Y auf die Referenzspannung U_REF der Referenzspannungsquelle (5) aufzuladen, ein Schritt c2.2 danach vorgenommen wird, bei dem der vierte Schalter (S4) und der fünfte Schalter (S5) geöffnet werden, so dass sich ein Schwebezustand einstellt, bei dem die Kapazität C_REF und die Kapazitäten C_X und C_Y ihre Ladungen beibehalten, ein Schritt c2.3 danach vorgenommen wird, bei dem der zweite Schalter (S2) geschlossen wird, so dass sich die Ladung der Kapazitäten C_X und C_Y auf die Kapazitäten C_REF, C_X und C_Y verteilt und sich eine zweite resultierende Spannung U'_RES einstellt, wobei
gilt, dann ein Schritt d2 nach Schritt d1 durchgeführt wird, bei dem zusätzlich die zweite resultierende Spannung U'_RES und/oder die Differenz beider resultierender Spannungen U_RES und U'_RES mit hinterlegten Grenzwerten, die bestimmten Belegungs- oder Sitzzuständen zugeordnet sind, verglichen werden, und ein Schritt f2 nach dem Schritt e1 durchgeführt wird, bei dem die Differenz aus der Referenzspannung U_RES und der Summe der resultierenden Spannungen U_RES und U'_RES mit den hinterlegten Grenzwerten verglichen wird, um einen bei der durchgeführten Prüfung aufgetretenen Ladungsverlust zu erkennen und so das Ergebnis der Ableitung des Belegungszustands aus dem Vergleich im Schritt e1 zu validieren oder zu verwerfen oder zu verändern.
Verfahren zur kapazitiven Sitzbelegungserkennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Heizleiter (9), der Teil einer Sitzheizung des Sitzes ist, wobei der Heizleiter an seinem einen Ende über einen sechsten Schalter (S6) mit einer Betriebsspannungsquelle (10) mit Spannung U_B, die ihrerseits an Fahrzeugmasse liegt, und an seinem anderen Ende über einen siebten Schalter (S7) mit Fahrzeugmasse (3) verbunden ist, wodurch die zumindest parasitär vorhandene Kapazität C_Y zwischen der Verbindungsstelle (8) der Sensorelektrode mit dem zweiten Schalter (S2) und mit dem dritten Schalter (S3) einerseits und andererseits mit dem Heizleiter (9) verbunden ist, berücksichtigt wird, und auf eine zumindest parasitäre externe Kapazität C_EXT, die einerseits auf dem ersten Bezugspotential (2) oder auf Fahrzeugmasse (3) liegt und andererseits mit dem Heizleiter verbunden ist, und wobei weiterhin diese Verbindungsstelle (11) über einen achten Schalter (S8) mit einer zweiten Referenzspannungsquelle (12) mit Spannung U*_REF, vorzugsweise definiert zu
mit Kapazität C_X für den Fall des unbelegten Sitzes, die ihrerseits auf dem ersten Bezugspotential oder Fahrzeugmasse liegt, verbunden ist, und weiterhin diese Verbindungsstelle (11) über einen neunten Schalter (S9) mit dem Bezugspotential der Referenzspannungsquelle U*_REF verbunden ist, zurückgegriffen wird, wobei ein Schritt a3.0 vor Schritt a1 vorgenommen wird, bei dem der sechste Schalter (S6) und der siebte Schalter (S7) geöffnet werden, um den Heizleiter potentialfrei zu stellen, ein Schritt a3.1 nach Schritt a1 vorgenommen wird, bei dem durch Schließen des neunten Schalters (S9) die zumindest parasitäre Kapazität C_EXT entladen wird, ein Schritt c3.1 nach Schritt c1 vorgenommen wird, bei dem der Referenzkondensator C_REF auf die Spannung U_REF der ersten Referenzspannungsquelle (5) durch Öffnen des zweiten Schalters (S2) und durch Schließen des ersten Schalters (S1) aufgeladen wird und die Kapazitäten C_X und C_Y durch Schließen des dritten Schalters (S3) entladen werden und zusätzlich dadurch, dass der neunte Schalter (S9) geschlossen bleibt, sichergestellt wird, dass die zumindest parasitär vorhandene Kapazität C_EXT entladen bleibt, ein Schritt c3.2 dann danach vorgenommen wird, bei dem durch Öffnen des ersten Schalters (S1) und des dritten Schalters (S3) und durch Öffnen des neunten Schalters (S9) ein Schwebezustand hergestellt wird, in dem die Kapazitäten C_REF, C_X, C_Y und die parasitär vorhandene externe Kapazität C_EXT ihre Ladungen beibehalten, ein Schritt c3.3 danach vorgenommen wird, bei dem durch Schließen des zweiten Schalters (S2) und durch zeitgleiches Schließen des achten Schalters (S8) die Ladung des Referenzkondensators auf die Kapazitäten C_REF und C_X verteilt wird und gleichzeitig an der Verbindung (11) zwischen den Kapazitäten C_Y und C_EXT und dem achten Schalter (S8) die Spannung U*_REF anliegt, wodurch erreicht wird, dass der Spannungshub an der parasitär vorhandenen Koppelkapazität C_Y kleiner ausfällt als im Schritt c1, wobei für die nun resultierende Spannung U*_RES näherungsweise
mit A < 1, gilt, die gespeichert wird, wobei A ein Faktor ist, der von der Spannung der zweiten Referenzspannungsquelle U*_REF und dem Belegungszustand des Sitzes abhängig ist, wobei A bei Wahl von U*_REF im Fall des unbelegten Sitzes nahe Null liegt und im Fall des belegten Sitzes nicht größer als 1 sein wird, dann aus dem Vergleich im Schritt d1 und der Ableitung aus Schritt e1 auf den Sitzzustand geschlossen wird und durch einen Vergleich von U_RES und U*_RES mit hinterlegten Grenzwerten für die Belegungszustände ein bestimmter Belegungszustand zugeordnet wird.